JP2000268857A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery

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JP2000268857A
JP2000268857A JP11073507A JP7350799A JP2000268857A JP 2000268857 A JP2000268857 A JP 2000268857A JP 11073507 A JP11073507 A JP 11073507A JP 7350799 A JP7350799 A JP 7350799A JP 2000268857 A JP2000268857 A JP 2000268857A
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lithium
ion secondary
carbonate
secondary battery
battery
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Japanese (ja)
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Toru Shiga
亨 志賀
Akihiko Koiwai
明彦 小岩井
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the charge/discharge characteristics of a battery by forming a positive electrode from lithium-manganeze oxide having a spinel structure, forming a negative electrode from a carbon material, and designing a specific organic electrolytic solution. SOLUTION: This lithium ion secondary battery includes a positive electrode consisting of lithium-manganese oxide having spinel structure, a negative electrode consisting of a carbon material where lithium ions are inserted and separated, and an organic electrolytic solution. The organic electrolytic solution is formed by dissolving lithium salt in a mixture solvent containing cyclic carbonate and chain carbonate, in which at least one of butane sulfon and butadiene sulfon is included in 0.5-10 vol.%.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,リチウムイオン二次電池,特
に,有機電解液を改良して充放電サイクルを向上させた
リチウムイオン二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a lithium ion secondary battery in which an organic electrolyte is improved to improve a charge and discharge cycle.

【0002】近年,大気汚染などの環境問題から電気自
動車の普及が叫ばれている。これに伴い,その電源であ
る電池の高性能化が求められている。従来より,リチウ
ム遷移金属複合酸化物よりなる正極と炭素材料よりなる
負極,および有機電解液で構成されるリチウムイオン二
次電池は高性能電池の一として知られており,エネルギ
ー密度が高いという特徴がある。
In recent years, the spread of electric vehicles has been called out due to environmental problems such as air pollution. Along with this, there is a demand for higher performance of batteries as power sources. Conventionally, a lithium ion secondary battery composed of a positive electrode made of a lithium transition metal composite oxide, a negative electrode made of a carbon material, and an organic electrolyte has been known as one of high-performance batteries, and features a high energy density. There is.

【0003】リチウムイオン二次電池は既に携帯用電子
機器などに実用化されている。しかし,この従来のリチ
ウム二次電池は,正極として層状のリチウムコバルト酸
化物を用いており,これを構成するコバルトのコストが
高く,少資源であるという問題を抱えている。
[0003] Lithium ion secondary batteries have already been put to practical use in portable electronic devices and the like. However, this conventional lithium secondary battery uses a layered lithium-cobalt oxide as a positive electrode, and has a problem that the cost of the cobalt constituting the lithium-cobalt oxide is high and the resources are small.

【0004】一方,電気自動車では安価で資源の豊富な
物質を用いて電池を構成することが重要であることか
ら,層状のリチウムコバルト酸化物に代ってスピネル構
造のリチウムマンガン酸化物が注目されている。しかし
ながら,リチウムマンガン酸化物を正極に用いたリチウ
ムイオン二次電池では,リチウムコバルト酸化物のリチ
ウムイオン二次電池に比べて,充放電の繰り返しととも
に電池容量が著しく低下することが知られており,その
充放電サイク特性の改良が不可欠となっている。
On the other hand, since it is important for an electric vehicle to construct a battery using a low-cost and resource-rich substance, lithium manganese oxide having a spinel structure has attracted attention instead of layered lithium cobalt oxide. ing. However, it is known that the lithium-ion secondary battery using lithium manganese oxide for the positive electrode has a remarkable decrease in battery capacity with repeated charge / discharge compared to the lithium-ion secondary battery using lithium cobalt oxide. Improvement of the charge / discharge cycle characteristics is indispensable.

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】さて,充放電サイクルに伴う
電池容量の低下の原因の一つに,リチウムイオンが充電
された状態の負極と電解液中の溶媒が反応することによ
り,放電できるリチウムイオンの一部が失活してしまう
ことが挙げられている。
One of the causes of a decrease in battery capacity due to a charge / discharge cycle is that lithium ions that can be discharged by the reaction of a negative electrode charged with lithium ions and a solvent in an electrolyte solution. Is said to be partially deactivated.

【0006】現在広く用いられている電解液溶媒は,エ
チレンカーボネートを中心とした高誘電率の環状カーボ
ネートと,ジエチルカーボネートやジメチルカーボネー
トなどの低粘性の鎖状カーボネートとの複合系である。
しかしながら,これらの電解液系においても充電状態の
負極と徐々に反応する。また,失活したリチウムイオン
は電気抵抗の大きなリチウム化合物の被膜となって負極
活物質の表面に存在するため,他のリチウムイオンの出
入りを妨げ,充放電に伴う容量低下を促す。
[0006] The electrolyte solvent widely used at present is a composite system of a cyclic carbonate having a high dielectric constant, mainly ethylene carbonate, and a low-viscosity chain carbonate such as diethyl carbonate or dimethyl carbonate.
However, even in these electrolyte systems, they gradually react with the charged negative electrode. In addition, since the deactivated lithium ions are present on the surface of the negative electrode active material as a film of a lithium compound having a large electric resistance, they prevent other lithium ions from entering and exiting, and promote a decrease in capacity due to charge and discharge.

【0007】このような状況を鑑み,リチウムイオンの
透過性の良い被膜を形成する方法が提案され,その中で
硫黄原子を含む被膜が良好であるといわれている。特開
平9−320596号公報には,硫黄を含む有機物の焼
成体により負極表面を予め被覆することが提案されてい
る。その被膜はリチウムイオンの透過性が良いものと考
えられ,充放電に伴う電池容量の低下が少ないといわれ
ている。しかしながら,この焼成物で負極表面を均一に
覆うことが合成上難しいという問題がある。
In view of such circumstances, a method for forming a film having good lithium ion permeability has been proposed, and among them, a film containing a sulfur atom is said to be good. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-320596 proposes that the surface of a negative electrode is previously coated with a sintered body of an organic substance containing sulfur. The coating is considered to have good lithium ion permeability, and it is said that the battery capacity does not decrease much during charging and discharging. However, there is a problem in that it is difficult to cover the negative electrode surface uniformly with the fired product in terms of synthesis.

【0008】一方,特定の溶媒を充電時に負極表面で分
解させてリチウムイオンの透過性の高い被膜を負極表面
に形成することが数多く提案されている。例えば,特開
平10−189041号公報には,アルカンスルホン酸
無水物を0.1〜50重量%含有している電解液を有す
る電池が提案されている。
On the other hand, many proposals have been made to decompose a specific solvent on the surface of the negative electrode during charging to form a film having high lithium ion permeability on the surface of the negative electrode. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-189041 proposes a battery having an electrolyte containing 0.1 to 50% by weight of alkanesulfonic anhydride.

【0009】また,特開平10−189042号公報に
は,環状硫酸エステルを電解液に含有させることについ
て議論されている。しかしながら,これらの化合物を天
然黒鉛と金属リチウムよりなるリチウムイオン二次電池
への適用する例は示されているが,リチウムマンガンス
ピネルを用いた電池への適用は明らかにされていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-189042 discusses the inclusion of a cyclic sulfate in an electrolytic solution. However, although examples of applying these compounds to lithium ion secondary batteries composed of natural graphite and metallic lithium have been shown, their application to batteries using lithium manganese spinel has not been clarified.

【0010】さらに後述するブタンスルトンに関して,
特開平10−55822号公報には10〜50重量%の
ブタンスルトンを含む電解液を用いたリチウムコバルト
酸化物/銀担持天然黒鉛の電池が提案されている。これ
は電池の難燃化に係るものであり,充放電特性に関して
は何ら示されていない。
With respect to butane sultone, which will be described further below,
JP-A-10-55822 proposes a lithium cobalt oxide / silver-supported natural graphite battery using an electrolyte containing 10 to 50% by weight of butane sultone. This relates to the flame retardancy of the battery, and does not show any charge / discharge characteristics.

【0011】特開平10−50342号公報には,プロ
パンスルトンまたはブタンスルトンと,炭酸ジエチルな
どの鎖状カーボネートからなる電解液をリチウムコバル
ト酸化物/ピッチコークス焼成品の電池に適用した例が
報告されている。この場合の電解液を,そのままリチウ
ムマンガンスピネルと黒鉛よりなる電池に用いたとこ
ろ,後述するように充放電効率が極めて悪いことが明ら
かになった。
JP-A-10-50342 reports an example in which an electrolyte comprising propane sultone or butane sultone and a chain carbonate such as diethyl carbonate is applied to a lithium cobalt oxide / pitch coke fired battery. I have. When the electrolytic solution in this case was used as it was in a battery composed of lithium manganese spinel and graphite, it became clear that the charge / discharge efficiency was extremely poor as described later.

【0012】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,スピネル構造を有するリチウムマンガン
酸化物を正極に,炭素材料を負極に有するリチウムイオ
ン二次電池において,特定の有機電解液を設計すること
により,電池の充放電特性を改良しようとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. In a lithium ion secondary battery having a lithium manganese oxide having a spinel structure as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode, a specific organic electrolyte is provided. Is designed to improve the charge / discharge characteristics of the battery.

【0013】[0013]

【課題の解決手段】本発明は,スピネル構造を有するリ
チウムマンガン酸化物よりなる正極と,リチウムイオン
を挿入,脱離する炭素材料よりなる負極と,有機電解液
とを有するリチウムイオン二次電池において,上記有機
電解液は,環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを
含有する混合溶媒にリチウム塩を溶解してなると共に,
ブタンスルトン又はブタジエンスルホンの少なくとも一
方を体積比で0.5〜10%含有していることを特徴と
するリチウムイオン二次電池にある。
The present invention relates to a lithium ion secondary battery having a positive electrode made of lithium manganese oxide having a spinel structure, a negative electrode made of a carbon material into and out of which lithium ions are inserted and an organic electrolyte. The organic electrolyte is obtained by dissolving a lithium salt in a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate,
A lithium ion secondary battery comprising at least one of butane sultone and butadiene sulfone in a volume ratio of 0.5 to 10%.

【0014】本発明において最も注目すべきことは,環
状カーボネートおよび鎖状カーボネートの両者を含有し
ていると共に,上記ブタンスルトン又はブタジエンスル
ホンの少なくとも一方を体積比で0.5〜10%含有し
ていることである。
The most remarkable feature of the present invention is that it contains both cyclic carbonate and chain carbonate and at least one of butane sultone or butadiene sulfone in a volume ratio of 0.5 to 10%. That is.

【0015】上記ブタンスルトンおよびブタジエンスル
ホンは,いずれも環状硫黄化合物であって,充放電特性
の改善に非常に有効である。そのため,他の環状硫黄化
合物によっても同様の効果得られる可能性もある。但
し,現在のところ,充放電特性改善効果に優れるものと
して見出したものは,上記ブタンスルトンおよびブタジ
エンスルホンの2つである。
[0015] Butane sultone and butadiene sulfone are both cyclic sulfur compounds and are very effective in improving the charge / discharge characteristics. Therefore, the same effect may be obtained by other cyclic sulfur compounds. However, at present, the above-mentioned butane sultone and butadiene sulfone have been found to be excellent in the effect of improving the charge / discharge characteristics.

【0016】このブタンスルトンおよびブタジエンスル
ホンは,いずれか一方を有機溶媒に含有させてもよい
し,両者を混合して含有させてもよい。いずれの場合
も,その含有量は,全溶媒量の0.5〜10%(体積
%)とする。含有量が0.5%未満の場合には透過性の
よい被膜の形成が不十分で,充放電特性の改良の程度が
小さいという問題がある。一方,10%を超える場合に
は,充電時における溶媒の分解が大きくなってかえって
充放電特性が悪化するという問題がある。
Either one of butane sultone and butadiene sulfone may be contained in an organic solvent, or both may be mixed and contained. In any case, the content is 0.5 to 10% (vol%) of the total solvent amount. If the content is less than 0.5%, there is a problem that the formation of a film having good permeability is insufficient, and the degree of improvement of the charge / discharge characteristics is small. On the other hand, if it exceeds 10%, there is a problem that the decomposition of the solvent at the time of charging becomes large and the charge / discharge characteristics are rather deteriorated.

【0017】上記ブタンスルトンおよびブタジエンスル
ホン以外の95〜99.5%の有機溶媒としては,上記
のごとく,環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを
含有する混合溶媒を用いる。環状カーボネートまたは鎖
状カーボネートのいずれか一方しか含有していない溶媒
を用いた場合には,上記ブタンスルトン又はブタジエン
スルホンを含有する場合の作用効果が十分に得られな
い。なお,上記混合溶媒には,環状カーボネートおよび
鎖状カーボネート以外に他の溶媒を混合することもでき
る。
As described above, a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is used as the organic solvent of 95 to 99.5% other than the above-mentioned butane sultone and butadiene sulfone. When a solvent containing only one of the cyclic carbonate and the chain carbonate is used, the effect of the case containing butane sultone or butadiene sulfone cannot be sufficiently obtained. The mixed solvent may be mixed with other solvents in addition to the cyclic carbonate and the chain carbonate.

【0018】上記環状カーボネートとしては,例えば,
エチレンカーボネート(炭酸エチレン),プロピレンカ
ーボネート,ブチレンカーボネート等がある。また,上
記鎖状カーボネートとしては,炭酸ジメチル,炭酸ジエ
チル,炭酸エチルメチル,炭酸メチルプロピル,炭酸ジ
プロピル等がある。
As the above cyclic carbonate, for example,
Examples include ethylene carbonate (ethylene carbonate), propylene carbonate, and butylene carbonate. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, and dipropyl carbonate.

【0019】これら環状カーボネートおよび鎖状カーボ
ネート以外に含有させることができるものとしては,例
えば,γ−ブチロラクトン,γ−ヘキサノラクトン,バ
レロラクトン,ε−カプロラクトンなどのラクトン類な
どがある。また,上記リチウム塩としては,LiP
6,LiBF4,LiClO4,LiAsF6,LiN
(CF3SO22などがある。
Examples of those which can be contained in addition to these cyclic carbonates and chain carbonates include lactones such as γ-butyrolactone, γ-hexanolactone, valerolactone and ε-caprolactone. As the lithium salt, LiP
F 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiN
(CF 3 SO 2 ) 2 and the like.

【0020】また,上記正極としては,公知のスピネル
構造を有するリチウムマンガン酸化物を用いることがで
きる。即ち,公知のリチウムマンガンスピネル,リチウ
ム過剰のリチウムマンガンスピネル,Mnの一部をN
i,Al,Co,Fe,Mg等の異種金属で置換したリ
チウムマンガンスピネル,およびそれらの混合物などを
用いることができる。
As the positive electrode, a known lithium manganese oxide having a spinel structure can be used. That is, a known lithium manganese spinel, a lithium excess lithium manganese spinel,
Lithium manganese spinel substituted with a dissimilar metal such as i, Al, Co, Fe, and Mg, and a mixture thereof can be used.

【0021】また,上記負極としては,リチウムイオン
を挿入,脱離する炭素材料を用いる。即ち,例えば,公
知の天然黒鉛,人造黒鉛,コークス類,生コークスを焼
成したカーボン類などを用いることができる。
The negative electrode is made of a carbon material into which lithium ions are inserted and desorbed. That is, for example, known natural graphite, artificial graphite, cokes, and carbons obtained by calcining raw coke can be used.

【0022】次に,本発明の作用につき説明する。本発
明においては,上記有機電解液に,環状カーボネートお
よび鎖状カーボネートの両者を含有させていると共に,
上記特定の環状硫黄化合物を上記特定量含有させてい
る。そのため,従来と比較して,充放電特性が非常に改
善される。この理由は,充電時に上記環状硫黄化合物が
負極表面上で分解して,リチウムイオンの出入りを速や
かにする良好な被膜をつくるためであると考えられる。
Next, the operation of the present invention will be described. In the present invention, the organic electrolyte contains both cyclic carbonate and chain carbonate,
The specific cyclic sulfur compound is contained in the specific amount. As a result, the charge / discharge characteristics are significantly improved as compared with the conventional case. It is considered that the reason for this is that the above-mentioned cyclic sulfur compound is decomposed on the surface of the negative electrode at the time of charging to form a good film that makes lithium ions enter and exit quickly.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】実施形態例1 本発明の実施形態例にかかるリチウムイオン二次電池に
つき,7つの実施例(E11〜E17と5つの比較例
(C11〜C15)を用いて説明する。本例におけるリ
チウムイオン二次電池は,スピネル構造を有するリチウ
ムマンガン酸化物よりなる正極と,リチウムイオンを挿
入,脱離する炭素材料よりなる負極と,有機電解液とを
有するリチウムイオン二次電池である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 A lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described using seven examples (E11 to E17 and five comparative examples (C11 to C15)). The lithium ion secondary battery in this example is a lithium ion secondary battery having a positive electrode made of lithium manganese oxide having a spinel structure, a negative electrode made of a carbon material into which lithium ions are inserted and desorbed, and an organic electrolyte. is there.

【0024】そして,実施例E11〜E17における上
記有機電解液は,環状カーボネートおよび鎖状カーボネ
ートを含有する混合溶媒にリチウム塩を溶解してなると
共に,ブタンスルトンを体積比で0.5〜10%含有し
ている。一方,比較例C11〜C15は,ブタンスルト
ンの含有量を上記範囲外に調整したものである。本例で
は,特に,ブタンスルトンの含有量の適正値を,初期の
放電容量の測定により確認した。以下,まずこの実施例
E11〜E17および比較例C11〜C15の製造方法
につき説明する。
The above-mentioned organic electrolyte solution in Examples E11 to E17 is obtained by dissolving a lithium salt in a mixed solvent containing cyclic carbonate and chain carbonate, and containing 0.5 to 10% by volume of butane sultone. are doing. On the other hand, in Comparative Examples C11 to C15, the content of butane sultone was adjusted to be outside the above range. In this example, in particular, the appropriate value of the butane sultone content was confirmed by measuring the initial discharge capacity. Hereinafter, the manufacturing methods of Examples E11 to E17 and Comparative Examples C11 to C15 will be described first.

【0025】まず,正極用として,リチウムマンガンス
ピネルLi1.15Mn1.854(本荘ケミカル製)を90
重量部と,カーボンブラックTB5500(東海カーボ
ン製)を7重量部と,ポリ弗化ビニリデンPVDF(呉
羽化学)を7重量部とを,N−メチルピロリドン(NM
P)に混ぜてスラリーを調製した。そのスラリーをアル
ミ箔上に塗工して加圧し,その後乾燥して直径15mm
の円盤に打ち抜いた。これにより,電極材の厚さが53
μmの正極を得た。
First, for the positive electrode, 90 % lithium manganese spinel Li 1.15 Mn 1.85 O 4 (manufactured by Honjo Chemical) was used.
Parts by weight, 7 parts by weight of carbon black TB5500 (manufactured by Tokai Carbon), 7 parts by weight of polyvinylidene fluoride PVDF (Kureha Chemical), and N-methylpyrrolidone (NM)
P) to prepare a slurry. The slurry is applied on an aluminum foil, pressed, and then dried to a diameter of 15 mm.
Punched into a disk. As a result, the thickness of the electrode material becomes 53
A positive electrode of μm was obtained.

【0026】次に,負極用として,球状人造黒鉛MCM
B2528(大阪ガスケミカル)を95重量部と,上記
のPVDFを5重量部とを,NMPに混ぜてスラリーを
調製した。そのスラリーを銅箔に塗工して加圧し,その
後乾燥して直径17mmの円盤に打ち抜いた。これによ
り,電極材の厚さが40μmの負極を得た。次に,上記
正極および負極とポリエチレンセパレータ(東燃化学
製),および下記のごとく調製した有機電解液をそれぞ
れ用いて,電池容量約2mAhのコイン電池(実施例E
11〜E17,比較例C11〜C15)を作製した。
Next, for the negative electrode, spherical artificial graphite MCM was used.
A slurry was prepared by mixing 95 parts by weight of B2528 (Osaka Gas Chemical) and 5 parts by weight of the above PVDF with NMP. The slurry was applied to a copper foil, pressed, dried, and punched into a disk having a diameter of 17 mm. Thus, a negative electrode having a thickness of the electrode material of 40 μm was obtained. Next, using the positive electrode and the negative electrode, a polyethylene separator (manufactured by Tonen Chemical Co., Ltd.), and an organic electrolyte prepared as follows, a coin battery having a battery capacity of about 2 mAh (Example E)
11 to E17 and Comparative Examples C11 to C15).

【0027】有機電解液としては,リチウム塩としての
LiPF6(富山薬品工業製)と,環状カーボネートと
しての炭酸エチレン(EC)と,鎖状カーボネートとし
ての炭酸ジエチル(DEC)と,ブタンスルトン(B
S;東京化成製)を用いた。そして,LiPF6の濃度
が1モル/リットル,溶媒の全体積の33%がECにな
るように調製した。残りの溶媒67%は,DECとBS
に配当し,かつ,BSの含有量は,表1に示すごとく,
各試料ごとに変更した。
As the organic electrolyte, LiPF 6 (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) as a lithium salt, ethylene carbonate (EC) as a cyclic carbonate, diethyl carbonate (DEC) as a chain carbonate, and butane sultone (B
S; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). Then, the concentration of LiPF 6 was adjusted to 1 mol / liter, and EC was 33% of the total volume of the solvent. Remaining solvent 67% is DEC and BS
And the content of BS, as shown in Table 1,
This was changed for each sample.

【0028】次に,得られた各コイン電池を,温度25
℃において,電流密度1.0mA/cm2の定電流で
4.2Vまで充電し,さらに4.2Vの定電圧での充電
を充電時間の合計が4時間になるまで続けた。そのあ
と,10分の休止後電流密度0.5mA/cm2の定電
流で3.0Vまで放電を続けた(以下,この充放電をサ
イクルテストという)。この操作を繰り返して電池のサ
イクル特性を測定した。表1に充放電サイクル1サイク
ル目(初回)の正極活物質当たりの放電容量をまとめ
た。
Next, each of the obtained coin batteries was stored at a temperature of 25.
At ℃, the battery was charged to 4.2 V at a constant current of 1.0 mA / cm 2 and further charged at a constant voltage of 4.2 V until the total charging time was 4 hours. Thereafter, after a pause of 10 minutes, the discharge was continued to 3.0 V at a constant current of 0.5 mA / cm 2 (hereinafter, this charge / discharge is referred to as a cycle test). This operation was repeated to measure the cycle characteristics of the battery. Table 1 summarizes the discharge capacity per positive electrode active material in the first charge / discharge cycle (first time).

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】表1より知られるごとく,上記BSの含有
量が0.5〜10.0%である実施例E11〜E17
は,いずれも比較例C11〜C15に比べて放電容量が
大きいことが分かる。このことから,ブタンスルトン
(BS)の含有量は0.5〜10.0%,より好ましく
は,1.0〜5.0%がよいことが分かる。
As can be seen from Table 1, Examples E11 to E17 in which the content of BS is 0.5 to 10.0%.
It can be seen that all have larger discharge capacities than Comparative Examples C11 to C15. From this, it is understood that the content of butane sultone (BS) is preferably 0.5 to 10.0%, more preferably 1.0 to 5.0%.

【0031】実施形態例2 本例では,実施形態例1におけるブタンスルトン(B
S)に代えてブタジエンスルホン(Aldrich社製)を有
機電解液に添加した。そして,ブタジエンスルホンの含
有量の適正値を,初期の放電容量の測定により確認し
た。有機電解液におけるブタジエンスルホンの含有量
は,表2に示す。その他の条件は実施形態例1と同様と
し,本発明品にかかる5つの実施例(E21〜E25)
と4つの比較例(C21〜C24)のリチウムイオン二
次電池を作製した。
Embodiment 2 In this embodiment, the butane sultone (B
Butadiene sulfone (manufactured by Aldrich) was added to the organic electrolyte in place of S). The appropriate value of the butadiene sulfone content was confirmed by measuring the initial discharge capacity. Table 2 shows the content of butadiene sulfone in the organic electrolyte. The other conditions are the same as those of the first embodiment, and five examples (E21 to E25) according to the present invention are provided.
And four lithium ion secondary batteries of Comparative Examples (C21 to C24).

【0032】次に,実施形態例1と同様に,サイクルテ
ストを行った。表2より知られるごとく,上記ブタジエ
ンスルホンの含有量が0.5〜10.0%である実施例
E21〜E25は,いずれも比較例C21〜C24に比
べて放電容量が大きいことが分かる。このことから,ブ
タジエンスルホンの含有量は0.5〜10.0%が最適
であることが分かる。
Next, a cycle test was performed in the same manner as in the first embodiment. As can be seen from Table 2, Examples E21 to E25 in which the content of butadiene sulfone is 0.5 to 10.0% have a larger discharge capacity than Comparative Examples C21 to C24. From this, it is understood that the content of butadiene sulfone is optimally 0.5 to 10.0%.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】実施形態例3 本例では,有機電解液へのブタンスルトン又はブタジエ
ンスルホンの添加による充放電サイクル特性の改善効果
を確認した。試料としては,本発明品としての2つの実
施例E31,E32と1つの比較例C31を用いた。ま
ず,実施例E31,E32と比較例C31にかかるリチ
ウムイオン二次電池の製造方法につき説明する。
Embodiment 3 In this embodiment, the effect of improving the charge-discharge cycle characteristics by adding butane sultone or butadiene sulfone to the organic electrolyte was confirmed. As samples, two examples E31 and E32 of the present invention and one comparative example C31 were used. First, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to Examples E31 and E32 and Comparative Example C31 will be described.

【0035】まず,正極用として,リチウムマンガンス
ピネルLi1.10Mn1.904(本荘ケミカル製)を86
重量部と,人造黒鉛(ロザン製)を10重量部と,ポリ
弗化ビニリデンPVDF(呉羽化学)を4重量部とを,
N−メチルピロリドン(NMP)に混ぜてペーストを調
製した。そのペーストを厚さ20μmのアルミ箔の両面
に塗工し,その後プレスし乾燥して厚さ130μmの正
極シートを得た。
First, for the positive electrode, 86 g of lithium manganese spinel Li 1.10 Mn 1.90 O 4 (manufactured by Honjo Chemical) was used.
Parts by weight, 10 parts by weight of artificial graphite (Rosan), and 4 parts by weight of polyvinylidene fluoride PVDF (Kureha Chemical)
The mixture was mixed with N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a paste. The paste was applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and then pressed and dried to obtain a positive electrode sheet having a thickness of 130 μm.

【0036】次に,負極用として,球状人造黒鉛MCM
B2528(大阪ガスケミカル)を94重量部と,上記
のPVDFを6重量部とを,NMPに混ぜてペーストを
作製した。このペーストを厚さ15μmの銅箔の両面に
塗工し,その後プレス乾燥して厚さ82μmの負極シー
トを得た。
Next, for the negative electrode, spherical artificial graphite MCM was used.
A paste was prepared by mixing 94 parts by weight of B2528 (Osaka Gas Chemical) and 6 parts by weight of the above PVDF with NMP. This paste was applied on both sides of a copper foil having a thickness of 15 μm, and then pressed and dried to obtain a negative electrode sheet having a thickness of 82 μm.

【0037】次に,上記正極シートと負極シートとの間
にポリエチレンセパレータを挟持した状態で,これらを
円筒状に捲いて18650型電池を作製した。そして,
この電池に,次のように調製した有機電解液を注入し,
実施例E31,E32,比較例C31のリチウムイオン
二次電池を得た。
Next, a polyethylene separator was sandwiched between the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and these were wound into a cylindrical shape to produce a 18650 type battery. And
Inject the organic electrolyte prepared as follows into this battery,
The lithium ion secondary batteries of Examples E31 and E32 and Comparative Example C31 were obtained.

【0038】実施例E31,E32の有機電解液は,1
モル/リットルのLiPF6をリチウム塩とし,有機電
解液の全溶媒の30%をECとして,残りの70%をB
SとDECで割り振った。実施例E31はブタンスルト
ン(BS)が2%,実施例E32はBSが10%であ
る。また比較例C31の有機電解液は,富山薬品工業製
の電池用電解液1モル/リットルのLiPF6/EC+
DEC(体積混合比3:7)を用いた。
The organic electrolyte solutions of Examples E31 and E32 were as follows:
Mol / liter of LiPF 6 is a lithium salt, 30% of the total solvent of the organic electrolyte is EC, and the remaining 70% is B
Allocated by S and DEC. Example E31 contains 2% butane sultone (BS), and Example E32 contains 10% BS. The organic electrolytic solution of Comparative Example C31 was a 1 mol / liter LiPF 6 / EC + electrolytic solution for batteries manufactured by Toyama Pharmaceutical.
DEC (volume mixing ratio 3: 7) was used.

【0039】次に,上記各電池を,温度25℃におい
て,電流密度1.0mA/cm2の定電流で4.2Vま
で充電し,さらに4.2Vの定電圧での充電を充電時間
の合計が3時間になるまで続けた。その後,電流密度
0.5mA/cm2の定電流で3.0Vまで放電を続け
た。この充電と放電の操作を5回繰り返して電池のエー
ジングを行った。続いて,このエージング後に,温度6
0℃の恒温器内に放置して,1.0mA/cm2の電流
密度で3.0Vと4.2Vの間において定電流方式の充
放電を繰り返してサイクル特性を調べた。
Next, each battery was charged at a temperature of 25 ° C. with a constant current of 1.0 mA / cm 2 to 4.2 V, and further charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of charging time. For 3 hours. Thereafter, discharging was continued to 3.0 V at a constant current of 0.5 mA / cm 2 . The charging and discharging operations were repeated five times to age the battery. Subsequently, after this aging, a temperature of 6
It was left in a thermostat at 0 ° C., and charge / discharge of a constant current method was repeated at a current density of 1.0 mA / cm 2 between 3.0 V and 4.2 V to examine cycle characteristics.

【0040】このテストの結果を図1に示す。同図は,
横軸にエージング後の充放電のサイクル数を,縦軸に正
極活物質当たりの放電容量(mAh/g)をとったもの
である。同図より知られるごとく,有機電解液にブタン
スルトンを含有している実施例E31,E32は,いず
れもブタンスルトンを含有していない比較例C31より
も,すべての測定領域において放電容量が上回った。こ
のことから,ブタンスルトンの有機電解液への添加は,
サイクル特性の改善に有効であることが分かる。また,
実施形態例E31とE32の比較から,ブタンスルトン
の添加量は0.5%よりも2%の方が有効であることも
分かる。
FIG. 1 shows the results of this test. The figure shows
The horizontal axis shows the number of charge / discharge cycles after aging, and the vertical axis shows the discharge capacity (mAh / g) per positive electrode active material. As can be seen from the figure, Examples E31 and E32 each containing butane sultone in the organic electrolyte solution exhibited a higher discharge capacity in all measurement regions than Comparative Example C31 containing no butane sultone. From this, the addition of butane sultone to the organic electrolyte is
It turns out that it is effective in improving the cycle characteristics. Also,
From the comparison between Embodiment Examples E31 and E32, it is also understood that the addition amount of butane sultone is more effective at 2% than at 0.5%.

【0041】実施形態例4 本例では,実施形態例1における,有機電解液にブタン
スルトンを5%含有させた実施例E15を基本として,
上記ブタンスルトンに代えて他の環状硫黄化合物を用い
た電池(比較例C41〜C44)を作製した。そして,
環状硫黄化合物の種類による電池特性の違いを確認し
た。
Embodiment 4 This embodiment is based on Embodiment E15 of Embodiment 1 in which 5% butane sultone is contained in the organic electrolyte solution.
Batteries using other cyclic sulfur compounds instead of the butane sultone (Comparative Examples C41 to C44) were produced. And
The difference in battery characteristics depending on the type of cyclic sulfur compound was confirmed.

【0042】さらに,有機電解液における溶媒として環
状カーボネートを加えなかった電池を作製し(比較例C
45),その電池特性を測定した。この比較例C45
は,従来技術である特開平10−50342号に示され
た有機電解液をそのままリチウムマンガンスピネルと黒
鉛とを活物質として有する電池に適用できるか否かを調
べるものである。
Further, a battery was prepared without adding cyclic carbonate as a solvent in the organic electrolyte solution.
45), and the battery characteristics were measured. This comparative example C45
Is to investigate whether the organic electrolyte disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50342, which is a conventional technique, can be directly applied to a battery having lithium manganese spinel and graphite as active materials.

【0043】上記比較例C41〜C44における,ブタ
ンスルトン以外の環状硫黄化合物としては,表3に示す
ごとく,プロパンスルトン(C41),スルホラン(C
42),メチルスルホラン(C43),亜硫酸ジプロピ
ル(C44)を用いた。また,これらの添加量はすべて
全溶媒量に対して5%とし,実施例E15と同様とし
た。その他は実施例E15と同じである。
The cyclic sulfur compounds other than butane sultone in Comparative Examples C41 to C44 are, as shown in Table 3, propane sultone (C41) and sulfolane (C
42), methylsulfolane (C43) and dipropyl sulfite (C44). The amounts of these additives were all 5% of the total amount of the solvent, and were the same as in Example E15. Others are the same as Example E15.

【0044】また,比較例C45の電池は,有機電解液
の溶媒として,ブタンスルトンと炭酸ジエチル(鎖状カ
ーボネート)を1:1の混合比で混合したものを用い
た。そして,環状カーボネートとしての炭酸エチレンは
添加しなかった。その他は,実施例E15と同様とし
た。
In the battery of Comparative Example C45, a mixture of butane sultone and diethyl carbonate (chain carbonate) at a mixing ratio of 1: 1 was used as a solvent for the organic electrolyte. And ethylene carbonate as a cyclic carbonate was not added. Others were the same as Example E15.

【0045】これら各電池(E15,C41〜C45)
に対して,実施形態例1に示したサイクルテストを実施
した。表3に充放電サイクル1サイク目(初回)の正極
活物質当たりの放電容量を示す。
Each of these batteries (E15, C41 to C45)
The cycle test described in the first embodiment was performed on the test pieces. Table 3 shows the discharge capacity per positive electrode active material in the first cycle (first time) of the charge / discharge cycle.

【0046】表3より知られるごとく,実施例E15と
比較例C41〜C44の比較から,環状硫黄化合物の中
でも,特にブタンスルトンは放電容量が大きく,充放電
サイクル特性の向上に有効であることが分かる。また,
表1に示した実施例E11〜17(表1)と比較例C4
5(表3)の比較から,有機電解液として環状カーボネ
ートと鎖状カーボネートの両者を含有しない場合には,
充放電サイクル特性の向上が得られないことが分かる。
As can be seen from Table 3, from the comparison between Example E15 and Comparative Examples C41 to C44, among the cyclic sulfur compounds, butane sultone, in particular, has a large discharge capacity and is effective in improving the charge / discharge cycle characteristics. . Also,
Examples E11 to 17 (Table 1) and Comparative Example C4 shown in Table 1
From the comparison of Table 5 (Table 3), when neither the cyclic carbonate nor the chain carbonate is contained as the organic electrolyte,
It can be seen that charge / discharge cycle characteristics cannot be improved.

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】[0048]

【発明の効果】上述のごとく,本発明によれば,スピネ
ル構造を有するリチウムマンガン酸化物を正極に,炭素
材料を負極に有するリチウムイオン二次電池において,
上記特定の有機電解液を設計することにより,電池の充
放電特性を改良することができる。
As described above, according to the present invention, in a lithium ion secondary battery having a lithium manganese oxide having a spinel structure as a positive electrode and a carbon material as a negative electrode,
By designing the specific organic electrolyte, the charge / discharge characteristics of the battery can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例3における,充放電サイクル特性を
示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing charge / discharge cycle characteristics in a third embodiment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スピネル構造を有するリチウムマンガン
酸化物よりなる正極と,リチウムイオンを挿入,脱離す
る炭素材料よりなる負極と,有機電解液とを有するリチ
ウムイオン二次電池において,上記有機電解液は,環状
カーボネートおよび鎖状カーボネートを含有する混合溶
媒にリチウム塩を溶解してなると共に,ブタンスルトン
又はブタジエンスルホンの少なくとも一方を体積比で
0.5〜10%含有していることを特徴とするリチウム
イオン二次電池。
1. A lithium ion secondary battery comprising: a positive electrode made of lithium manganese oxide having a spinel structure; a negative electrode made of a carbon material into which lithium ions are inserted and desorbed; and an organic electrolyte. Is characterized in that a lithium salt is dissolved in a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate, and that at least one of butane sultone or butadiene sulfone is contained in a volume ratio of 0.5 to 10%. Ion secondary battery.
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